Algo está a tornar as estrelas mortas misteriosamente quentes

James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

Quando estrelas como o nosso Sol chegam ao fim da sua vida, transformam-se em anãs brancas. O núcleo brilha apenas com o calor residual e arrefece lentamente ao longo de milhares de milhões de anos, até ficar completamente frio e escuro.

Acontece que nem todas as anãs brancas arrefecem da mesma forma: algumas arrefecem mais lentamente do que outras, como se tivessem uma fonte adicional de calor. Agora, um novo estudo descobriu que a fonte é a sedimentação (ou afundamento interno) de um isótopo estável de néon rico em neutrões nas profundezas do interior da estrela.

Segundo o Science Alert, depois de esgotarem o hidrogénio e o hélio, o núcleo destas estrelas moribundas contrai numa esfera do tamanho da Terra, que consiste principalmente em carbono e oxigénio. Só a pressão de degeneração de eletrões – uma pressão externa gerada pela incapacidade de os eletrões com o mesmo spin ocuparem o mesmo estado – impede o colapso completo do núcleo.

Pelo facto de o núcleo ser tão denso, e com uma área de superfície muito pequena, estas estrelas demoram muito tempo a perder o calor. Aliás, os astrónomos acham que ainda não passou tempo suficiente desde a formação do Universo para que uma anã branca arrefecesse completamente.

No entanto, as anãs brancas do ramo Q, que constituem cerca de 6% das anãs brancas massivas do Cosmos, arrefecem ainda mais lentamente.

Um estudo do ano passado, liderado por Sihao Cheng, da Universidade Johns Hopkins, concluiu que esta pequena fração de anãs brancas apresenta um atraso de arrefecimento de cerca de 8 mil milhões de anos, em comparação com outras anãs brancas. Na altura, a equipa sugeriu que um isótopo de néon, o neon-22, encontrado em pequenas quantidades em algumas anãs brancas, pode ser o responsável pelo aquecimento extra.

Agora, uma equipa liderada por Matt Caplan, da Illinois State University, testou esta hipótese com simulações de dinâmica molecular e diagramas de fase e concluiu que, afinal, esta teoria não é possível.

O artigo científico, publicado no dia 21 de outubro na The Astrophysical Journal Letters, explica que os cientistas observaram que os microcristais de 22Ne num líquido de carbono e oxigénio nas proporções encontradas nas anãs brancas são sempre instáveis. Desta forma, só existem duas opções: ou a mistura é tão quente que o cristal derrete e o néon dissolve-se no líquido, ou a mistura inteira congela.

A equipa usou diagramas de fase, um gráfico que mostra os estados físicos de uma substância sob uma faixa de temperaturas e pressões, para calcular quanto néon seria necessário na mistura para que se separasse e estabilizasse. Normalmente, as anãs brancas de carbono-oxigénio têm cerca de 2% de néon, mas para que o néon seja estável, a mistura precisava de conter pelo menos 30% de néon.

“Descobrimos que não há condições em que um aglomerado enriquecido com 22Ne seja estável numa anã branca de carbono-oxigénio e, portanto, a difusão aprimorada de 22Ne não pode explicar o ramo Q”, escreveram os autores. Esta conclusão sugere que estas anãs brancas podem ter uma composição peculiar para explicar o aquecimento adicional.

Se as estrelas fossem um pouco mais ricas em néon – cerca de 6% – a sedimentação de uma única partícula, em vez da sedimentação de aglomerados, poderia gerar calor. Elementos do grupo de ferro parecem promissores, já que o ferro se separa numa mistura de carbono-oxigénio, e apenas 0,1% pode produzir aquecimento notável.

Em suma, se um determinado processo astrofísico pudesse enriquecer o ferro nas anãs brancas do ramo Q em 1%, seria suficiente para atrasar o arrefecimento destas estrelas em vários milhares de milhões de anos.